Počítače vznikly za války

Tento článek vyšel v tzv. tématu týdne v CW 6/94, jako pátý ze série článků věnované prvopočátkům výpočetní techniky.

Plně fungující programovatelné počítače v dnešním slova smyslu se začaly objevovat až v průběhu druhé světové války. Ačkoli se všeobecně soudí, že to bylo pouze v USA, není to tak zcela pravda. Jedny z prvních počítačů vznikly také v tehdejším nacistickém Německu, a ještě méně se ví o přísně utajovaných počítačích, vyvíjených ve Velké Británii (nejspíše proto, že příslušné projekty byly odtajněny až v roce 1970).

1938 - Z1 (Konrád Zuse, Německo)

V roce 1938 dokončil Konrád Zuse (nar. 1910) prototyp mechanického programovatelného počítače, později nazvaného Z1. Jeho paměť využívala posuvných mechanických prvků, a umožňovala uchovávat cca 1000 bitů. Aritmetická jednotka tohoto počítače však byla poněkud nespolehlivá.

1940 - Z2 (Konrád Zuse, Německo)

Konrád Zuse dokončil další počítač, Z2, který stále ještě používal mechanickou paměť, ale pro vlastní výpočty již používal obvody na bázi elektromagnetických relé.

1941 - Z3 (Konrád Zuse, Německo)

Počítač Z3, který Konrád Zuse uvedl do provozu v prosinci 1941, byl velmi utajovaný, a používal se pro balistické výpočty drah raket "V".

Počítač Z3 měl šířku slova 22 bitů, paměť pro 64 slov dat, a byl řízen programem, který se načítal z děrné pásky. Uměl sčítat, odčítat, násobit a dělit, počítat odmocninu apod., ale neměl podmíněný skok. Obsahoval celkem 2600 relé, a jedno násobení mu zabralo 3 až 5 sekund.

1943 - ABC (Atanasoff a Berry, USA)

John V. Atanasoff a Clifford Berry z Iowa State College, kteří v roce 1939 sestrojili první 19-bitovou binární sčítačku (z elektronek), dokončili v říjnu 1943 počítač ABC (od: Atanasoff-Berry Computer), specializovaný na řešení soustav lineárních rovnic. Byl vybaven pamětí pro data o 60 slovech, každé o šířce 50 bitů. Tato paměť přitom byla realizována pomocí kondenzátorů (s osvěžovacími obvody - byl to tedy jakýsi předchůdce dnešních dynamických pamětí), které byly umístěny na obvodu dvou otáčejících se kruhů. Taktovací frekvence, se kterou tento počítač pracoval, byla 60 Hz, a sčítání trvalo cca. 1 sekundu.

Jako vnější paměti sloužily tomuto počítači děrné štítky, do kterých ale nebyly jednotlivé otvory děrovány, nýbrž vypalovány! Do snímačů je uživatel musel zakládat ručně, jeden po druhém.

1943 - ASSC Mark I (Aiken, USA)

V roce 1943 dokončuje Howard H. Aiken (1900-1973) se svými spolupracovníky na Harvard University ve městě Cambridge ve státě Massachussets počítač, označovaný jako ASCC Mark I (od: Automatic Sequence-Controlled Calculator Mark I), někdy též jako Harward Mark I. Koncepce tohoto počítače byla inspirována pracemi Ch. Babbage. Program byl průběžně čten z děrné pásky, a neobsahoval podmíněný příkaz. Násobení trvalo 6 sekund. Celý elektromechanický počítač Mark I byl přibližně 60 stop dlouhý a vážil 5 tun. Měl 72 střadačů (akumulátorů).

1943 - Colossus (Turing, Velká Británie)

Matematik Alan Turing a jeho tým zkonstruovali v prosinci roku 1943 v Bletchey Park (poblíž anglického Cambridge) první verzi vysoce utajovaného počítače Colossus (též: Colossus Mark I). Byl určen hlavně k luštění německých šifer. V roce 1944 byla zkonstruována vylepšená verze, Colossus II. Informace o těchto dvou počítačích byly odtajněny až v roce 1970.

1945 - ENIAC (Eckert a Mauchly, USA)

Teprve v listopadu roku 1945, tedy až po skončení druhé světové války (a za dvojnásobných nákladů, než jaké byly plánovány) dokončili John W. Mauchly (1907-1980) a J. Presper Eckert počítač ENIAC (Electronic Numerator, Integrator, Analyzer and Computer), který vyvíjeli na zakázku pro laboratoř balistických výzkumů (Ballistics research Lab.) US Army.

Tento počítač (do února 1946 přísně utajovaný) měl paměť, tvořenou 20 slovy o šířce 10 desítkových číslic. Byl to elektronkový počítač, používal jich celkem 17648, byl chlazený vzduchem hnaným vrtulemi dvou leteckých motorů, vážil 30 tun, byl 30 metrů vysoký a stejně tak široký. Jeho příkon dosahoval 140 kW. Byl ale poměrně rychlý - zvládal 5000 součtů za sekundu, násobení trvalo 14-krát, a dělení 143-krát déle, než násobení. Pracoval s taktovací frekvencí 100 kHz. Svá data četl z děrných štítků, ale program se mu zadával nastavením spínačů na speciálním propojovacím poli, které se "programovalo" samostatně, a teprve pak se připojilo k počítači (jako jakási zásuvná deska, neboli tzv. plugboard).

V průběhu práce na ENIAC-u se k týmu jeho autorů přidává (zhruba v roce 1944) John von Neumann (1903-1957). Pod jeho vedení se poněkud mění názory týmu na to, na jakých principech by počítače měly být založeny. Na základě těchto představ pak vzniká koncepce nového počítače EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), na kterém skupina posléze začíná pracovat (dokončen byl v roce 1952).

1948 - SSEC (Eckert, USA)

V lednu roku 1948 dokončuje Wallace Eckert (1902-1971) s týmem spolupracovníků u firmy IBM počítač SSEC (od: Selective Sequence Electronic Calculator). Tento počítač byl z technologické stránky zajímavým hybridem: měl 8 registrů, které byly realizovány pomocí elektronek, dále 150 registrů, vytvořených pomocí elektromagnetických relé, a svůj program měl zčásti uložen v paměti a zčásti byl ovládán pomocí propojovací desky (tzv. plugboardu). Firma IBM považuje SSEC za svůj první počítač. Podle dostupných pramenů existoval jen v jediném exempláři.

1948 - Manchester MARK I (Newman a Williams, Velká Británie)

V květnu 1948 dokončil tým odborníků na Manchester University ve Velké Británii prototyp počítače, nazvaného netradičně MARK I (pro odlišení od amerického: Manchester Mark I). Byl prvním fungujícím počítačem, vytvořeným podle von Neumannovy koncepce, s programem uloženým v paměti (zatímco EDVAC, na kterém pracoval sám von Neumann, byl dokončen v roce 1952).

Manchester Mark I byl zajímavý také tím, že v něm byly poprvé použity pro realizaci operační paměti tzv. paměťové obrazovky (šlo ostatně o vynález jednoho z autorů tohoto počítače, F.C.Williamse). Podstata paměťové obrazovky spočívá v tom, že na stínítku se po osvícení určitého bodu po jistou dobu udrží zbytkový náboj. Ten je možné následně zase přečíst (tak, že se tímto bodem nechá projít další elektronový paprsek, a jeho intenzita se vyhodnotí speciální elektrodou za stínítkem). Je to sice poněkud nespolehlivé, zato ale rychlé, relativně laciné, a velmi kompaktní (na jedné obrazovce je takto možné uchovávat až 2048 bitů). Na dnešní dobu je to sice žalostně málo, ale tehdy to bylo mnohem více, než kterákoli jiná paměť. Počítač Mark I používal šest takovýchto paměťových obrazovek.

Program byl tomuto počítači nejprve zadáván v binárním tvaru přímo z klávesnice, odkud se ukládal do paměti. Výstupy byly odečítány opět v binárním tvaru) z některé z obrazovek. Později se k autorskému týmu připojil i Alan Turing, a vymyslel jednoduchou formu jazyka symbolických adres (asembleru).

1949 - Whirlwind (Forester, USA)

V roce 1949 uvedl Jay W. Forester s týmem spolupracovníků na MIT do chodu počítač Whirlwind, vyvinutý na zakázku pro americké námořnictvo. Byl to první počítač, určený pro práci v reálném čase. Dosahoval úctyhodného počtu 500000 sčítání a 50000 násobení za sekundu. Zpočátku používal paměťové obrazovky, později pak přešel na použití feritových pamětí (jejichž autorství je připisováno právě Jay Forresterovi).

1949 - EDSAC (Wilkes, Velká Británie)

Maurice V. Wilkes na Cambridge University dokončil v červnu 1949 počítač EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), který vycházel ze zásad, formulovaných von Neumannem v jeho článku o koncepci počítače EDVAC (First draft report on the EDVAC). Vstupní data si tento počítač četl z děrné pásky, a poprvé u něj bylo použito počáteční zavádění systémových programů (booting) z read-only paměti (řešené ještě mechanicky, pomocí telefonních číselníků).

Pro operační paměť tohoto počítače byl poprvé použit další zajímavý princip: tzv. zpožďovací linky. Data byla v těchto zpožďovacích linkách cyklicky převáděna z formy elektronických impulzů na zvukové (resp. ultrazvukové) impulsy, které byly vysílány do trubky, naplněné rtutí, na druhém konci byly zase snímány, převedeny do formy elektronických impulsů atd. V počítači EDSAC se používalo 32 takovýchto trubek plněných rtutí, v délce 5 stop. Celkem vytvářely paměť o kapacitě 256 slov šířky 35 bitů.

1949 - BINAC (Eckert a Mauchly, USA)

Eckert a Mauchly, tvůrci ENIACu, si založili vlastní firmu, a v rámci ní zkonstruovali pro US Air Force počítač BINAC (Binary Automatic Computer). Byl to rozměrově velmi malý počítač (zabíral plochu jen asi 4 čtverečních stop), měl jen 700 elektronek a 512 slov paměti o šířce 31 bitů. Údajně to byl tento počítač míněn jako první krok na cestě k palubním počítačům v letadlech. Byl zajímavý také tím, že byl vybaven dvěma procesory (zapojenými do tandemu, za účelem zvýšení spolehlivosti).

1951 - UNIVAC (Eckert a Mauchly, USA)

Poté, co Eckert a Mauchly prodali svou firmu společnosti Remington Rand, dokončili svůj první počítač UNIVAC (Universal Automatic Computer), který je prvním komerčně vyráběným počítačem v USA. Má operační paměť o kapacitě 1000 slov, realizovanou pomocí zpožďovacích linek, obsahuje 5000 elektronek, a zabírá plochu 200 čtverečních stop.

1952 - EDVAC (von Neumann, USA)

V tomto roce je konečně dokončen počítač EDVAC, jehož koncepce se stala vzorem všech novodobých počítačů. EDVAC má 4000 elektronek, 10000 krystalových diod, 1024 slov šířky 44 bitů, realizovaných pomocí zpoždovacích linek. Pracuje s taktovací frekvencí 1 MHz.